Eliminacja smogu przez zastosowanie kotłów i pieców bezpyłowych

Eliminacja smogu przez
zastosowanie kotłów i pieców
bezpyłowych zintegrowanych z
elektrofiltrem
A. Krupa
D. Kardaś, M. Klein, M. Lackowski, T. Czech
Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku
Stan powietrza w Polsce
Smog w Krakowie
Rodzaje zanieczyszczeń powietrza
dwutlenek siarki, SO2
dwutlenek azotu, NO2
tlenek węgla, CO
benzen,
ozon,
pył zawieszony PM10, PM2.5
ołów,
arsen,
kadm,
nikiel
benzo(a)piren
Mapa zanieczyszczeń PM10
Rozkład średniorocznych stężeń
pyłu zawieszonego PM10 w roku
2015
S1 - emisja z ruchu pojazdów w centrum miasta
S4 - emisja z kopalni
S5 - emisja z ogrzewania budynków
S17 - emisja zanieczyszczeń ze składowisk, hałd
S18 - emisja z pól, nieutwardzonych dróg, placów,
boisk itp.
Mapa zanieczyszczeń PM2.5
Rozkład średniorocznych stężeń
pyłu zawieszonego PM 2.5 w
roku 2015
S4 - emisji z kopalni
S5 – emisja z ogrzewania budynków
Mapa zanieczyszczeń B(a)P
Rozkład średniorocznych stężeń
benzo(a)pirenu w roku 2015
Źródła benzo(a)pirenu
Głównym źródłem zanieczyszczeń powietrza jest
indywidualne ogrzewanie budynków
Kotły i piece emitują:
pył PM 10
pył PM 2.5
benz(a)piren, B(a)P
Cząstki PM2.5 (<2.5 µm)
Cząstki zebrane w
monitoringu powietrza
Duża zawartość metali ciężkich (głównie: Se, Zn,
As, Cd, Hg, Ni, Pb, Cr, Sr, Be, V, U) w stężeniach
większych niż w cząstkach dużych (>10 mm).
Zawartość wielopierścieniowych węglowodorów
aromatycznych o właściwościach toksycznych i
kancerogennych.
Penetracja cząstek do dolnych dróg oddechowych pęcherzyków płucnych i przenikanie do
krwioobiegu.
Efekt cieplarniany
Powolne osiadanie w atmosferze, słabe usuwanie
cząstek przez opady atmosferyczne i
rozprzestrzenianie się na odległości
transkontynentalne.
Cząstki popiołu lotnego dla różnych paliw
drewno
słoma
słonecznik
węgiel kamienny
Założenia do przebudowy systemu
ogrzewania domów w skali kraju
▪ Rachunek ekonomiczny jest podstawą decyzji zakupu kotła i paliwa
▪ Poprawa jakości powietrza wymaga wymiany kilku milionów kotłów
małych i domowych
▪ Kotły klasy 5 już są na rynku
▪ Kotły klasy 5 wymagają dobrego i drogiego paliwa
▪ Paliwo wysokiej jakości (do kotła kl. 5) kosztuje 600zł-900zł /tonę
▪ Paliwo niskiej jakości kosztuje 200zł-300zł /tonę
D. Kardaś, A. Krupa, M. Klein, M. Lackowski - Domowe kotły
bezpyłowe
Alternatywne strategie walki ze
smogiem
Dobre i drogie paliwo do
kotłów klasy 5
Niższej jakości i tańsze paliwo do
kotłów z wysokotemperaturową
komorą spalania i elektrofiltrem
D. Kardaś, A. Krupa, M. Klein, M. Lackowski - Domowe kotły
bezpyłowe
Kocioł 5 kontra kocioł BP
Kocioł klasy 5, dobre paliwo
Kocioł BP, bezpyłowy, czyste
spaliny, tanie paliwo
D. Kardaś, A. Krupa, M. Klein, M. Lackowski - Domowe kotły
bezpyłowe
Założenia i efekty – kocioł BP
Tradycyjne, tanie paliwo: węgiel, biomasa
Wysokotemperaturowa komora spalania
Elektrofiltr
Efekty:
Drastyczny spadek emisji pyłów
Bardzo niski poziom CO
Bardzo niski poziom B(a)P
D. Kardaś, A. Krupa, M. Klein, M. Lackowski - Domowe kotły
bezpyłowe
Zastosowane metody projektowe i metody
pomiarowe dla komory spalania
Metody numeryczne
projektowania
Metody eksperymentalne
Wizualizacja
Analiza paliwa, spalin i popiołu
Popiół
Pierwiastek
Stężenie
[mg/kg]
Cd
4,01
Cr
94
Cu
602
Hg
0,2
Ni
53
Pb
64
Zn
3569
Badanie efektów spalania dla
różnych wariantów kotła i paliwa za
pomocą:
- chromatografii
- XRF
- CHNS
Optymalizacja komory spalania
Zasada działania elektrofiltru do użytku
domowego
Podstawy fizyczne:
Cząstki popiołu lotnego są ładowane
elektrycznie przez prąd jonowy o
polaryzacji ujemnej w polu elektrycznym
Elektrofiltr domowy
Kanał
elektrofiltru
Eksperymentalny
elektrofiltr do zastosowań
domowych
Elektroda
wyładowcza
wieloigłowa
Elektrofiltr domowy
wylot spalin
Cechy proponowanego urządzenia:
a) montaż tuż za czopuchem
b) zasilanie napięciem 220V
c) stosunkowo niski pobór energii
elektrycznej (ok. 100W)
wlot spalin
d) system informowania użytkownika
o jakości pracy systemu (jego
skuteczności),
e) system informowania użytkownika
o konieczności usunięcia
zgromadzonego popiołu lotnego
f) możliwość współpracy z
praktycznie wszystkimi rodzajami
kotłów
Zalety proponowanego rozwiązania
elektrofiltru
a) możliwość współpracy zarówno z nowymi kotłami jak i pracy
w już istniejących systemach (stare kotły!!!)
b) niewielkie koszty inwestycyjne (poniżej 2000 złotych)
c) niewielkie koszty eksploatacyjne
d) konstrukcja bezpieczna o niskiej awaryjności
e) stosunkowo niewielkie rozmiary – możliwość montażu
praktycznie wszędzie
f) elementy składowe konstrukcji jak i produkt końcowy
wykonywany przez krajowe przedsiębiorstwa
Skuteczność oczyszczania spalin
Objętościowy rozkład widmowy wielkości cząstek na
wyjściu z jednostopniowego elektrofiltru dla załączonego
i wyłączonego napięcia zasilającego elektrofiltr
Temperatura spalin 100oC.
Dziękuję za uwagę